RU86395U1

RU86395U1 - BIOREACTOR FOR CULTIVATION OF MICRO-ORGANISMS

Info

Publication number: RU86395U1
Application number: RU2009117822/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Макарович Цымбаленко; Андрей Георгиевич Косолапов
Original assignee: Валерий Макарович Цымбаленко; Андрей Георгиевич Косолапов
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Биореактор для культивирования микроорганизмов, содержащий культивационную ванну с цилиндрическими стенками, снабженную крышкой и технологическими патрубками для подключения источника суспензии, источника посевного материала, и слива готовой продукции, лопастную мешалку,снабженную приводом, и средство регулирования температуры в полости культивационной ванны, отличающийся тем, что культивационная ванна и лопастная мешалка выполнены из нержавеющей стали, источник суспензии выполнен как средство подачи морской воды, источник посевного материала выполнен с возможностью подачи цианобактерий Prochlorococus marinus, средство регулирования температуры в полости культивационной ванны выполнено в виде водяной рубашки, размещенной на боковых стенках культивационной ванны, с возможностью поддержания в ее полости температуры до 35°С, кроме того, культивационная ванна снабжена заземлением, кроме того, верхняя часть корпуса культивационной ванны снабжена штуцером, подключенным к источнику жидкого нефтепродукта, выполненного с возможностью дозирования подаваемого материала.A bioreactor for the cultivation of microorganisms, containing a cultivation bath with cylindrical walls, equipped with a lid and technological pipes for connecting a suspension source, a source of inoculum, and discharge of finished products, a paddle mixer equipped with a drive, and a means for regulating the temperature in the cavity of the cultivation bath, characterized in that the cultivation bath and the paddle mixer are made of stainless steel, the suspension source is made as a means of supplying seawater, the seed source is made with the possibility of supplying cyanobacteria Prochlorococus marinus, the means for regulating the temperature in the cavity of the cultivation bath is made in the form of a water jacket placed on the side walls of the cultivation bath, with the ability to maintain a temperature in its cavity up to 35 ° C, in addition, the cultivation bath is equipped with grounding, in addition, the upper part of the cultivation bath body is equipped with a fitting connected to a source of liquid an oil product made with the possibility of dispensing the supplied material.

Description

Полезная модель относится к микробиологической промышленности и может использоваться для культивирования микроорганизмов, а именно, цианобактерий Prochlorococus marinus и получения из них биотоплива.The utility model relates to the microbiological industry and can be used to cultivate microorganisms, namely, cyanobacteria Prochlorococus marinus and obtain biofuels from them.

Известен биореактор, предназначенный для культивирования микроорганизмов, содержащий культивационную ванну с плоскими стенками и циркуляционный насос, соединенный с культивационной ванной всасывающим и нагнетательным патрубками, при этом в культивационной ванне с зазором относительно ее дна и стенок шарнирно закреплены поперечные жесткие пластины (А.с. СССР N 1347911, кл. A01G 31/02, 1985).Known bioreactor designed for the cultivation of microorganisms, containing a cultivation bath with flat walls and a circulation pump connected to the cultivation bath with suction and discharge pipes, while in the cultivation bath with a gap relative to its bottom and walls, transverse rigid plates are articulated (A.S. USSR N 1347911, CL A01G 31/02, 1985).

Недостаток названного решения невысокий уровень турбулизации суспензии, необходимой для тепломассообмена. Это ухудшает качество культивируемых микроорганизмов.The disadvantage of this solution is the low level of turbulization of the suspension necessary for heat and mass transfer. This affects the quality of cultivated microorganisms.

Известен также биореактор для культивирования микроорганизмов, содержащий культивационную ванну с цилиндрическими стенками, снабженную крышкой и технологическими патрубками для подключения источника суспензии, источника посевного материала, и слива готовой продукции, лопастную мешалку снабженную приводом и средство регулирования температуры в полости культивационной ванны (А.с. СССР 1570678, кл. А01G 31/02, 1988).Also known is a bioreactor for the cultivation of microorganisms, containing a cultivation bath with cylindrical walls, equipped with a lid and technological pipes for connecting a source of suspension, a source of seed, and draining the finished product, a paddle mixer equipped with a drive and a means of controlling the temperature in the cavity of the cultivation bath (A.S. USSR 1570678, class A01G 31/02, 1988).

Недостаток этого решения невозможность его использования в цикле производства жидкого биотоплива, по своим характеристикам близкого к нефтепродуктам.The disadvantage of this solution is the impossibility of its use in the production cycle of liquid biofuel, which in its characteristics is close to oil products.

Задача на решение которой направлена заявленная полезная модель выражается в обеспечении возможности культивирования биомассы, по своим характеристикам пригодной для использования в качестве топлива, подобного нефтепродуктам.The problem to which the claimed utility model is directed is expressed in providing the possibility of cultivating biomass, which in its characteristics is suitable for use as fuel similar to petroleum products.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в, обеспечении возможности производства биомассы, по своим характеристикам пригодной для использования в качестве топлива, подобного нефтепродуктам, пригодного для сжигания в двигателях внутреннего сгорания, котельных установках и т.п.The technical result achieved in solving the problem is expressed in ensuring the possibility of producing biomass, in its characteristics suitable for use as fuel, similar to petroleum products, suitable for combustion in internal combustion engines, boiler plants, etc.

Поставленная задача решается тем, что биореактор для культивирования микроорганизмов, содержащий культивационную ванну с цилиндрическими стенками, снабженную крышкой и технологическими патрубками для подключения источника суспензии, источника посевного материала, и слива готовой продукции, лопастную мешалку снабженную приводом и средство регулирования температуры в полости культивационной ванны, отличается тем, что культивационная ванна и лопастная мешалка выполнены из нержавеющей стали, источник суспензии выполнен, как средство подачи морской воды, источник посевного материала выполнен с возможностью подачи цианобактерий Prochlorococus marinus, средство регулирования температуры в полости культивационной ванны выполнено в виде водяной рубашки, размещенной на боковых стенках культивационной ванны, с возможностью поддержания в ее полости температуры до 35°С, кроме того, культивационная ванна снабжена заземлением, кроме того, верхняя часть корпуса культивационной ванны снабжена штуцером подключенным к источнику жидкого нефтепродукта, выполненного с возможность дозирования подаваемого материала.The problem is solved in that the bioreactor for the cultivation of microorganisms, containing a cultivation bath with cylindrical walls, equipped with a lid and technological nozzles for connecting a source of suspension, a source of seed, and draining the finished product, a paddle mixer equipped with a drive and a means for controlling the temperature in the cavity of the cultivation bath, characterized in that the cultivation bath and paddle mixer are made of stainless steel, the source of the suspension is made as a means supply of sea water, the source of seed made with the possibility of supplying cyanobacteria Prochlorococus marinus, the means for controlling the temperature in the cavity of the cultivation bath is made in the form of a water jacket placed on the side walls of the cultivation bath, with the possibility of maintaining the temperature in its cavity to 35 ° C, in addition, the cultivation bath is equipped with grounding, in addition, the upper part of the body of the cultivation bath is equipped with a fitting connected to a source of liquid oil, made with the possibility of dosages Nia feed material.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Совокупность признаков полезной модели обеспечивают решение заявленной технической задачи, а именно, обеспечивает возможность ускоренного культивирования биомассы, по своим характеристикам пригодной для использования в качестве топлива, подобного нефтепродуктам.The combination of features of the utility model provides a solution to the stated technical problem, namely, it provides the possibility of accelerated cultivation of biomass, in terms of its characteristics suitable for use as a fuel, similar to petroleum products.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, на котором показан его вертикальный разрез.The claimed device is illustrated by a drawing, which shows a vertical section.

На чертеже показаны культивационная ванна 1 с цилиндрическими стенками, снабженная крышкой 2, с первого по третий технологические - загрузочные патрубки, соответственно 3-5, подключенные, соответственно, к источнику суспензии 6, источнику жидкого нефтепродукта 7 и источнику посевного материала 8, технологический разгрузочный патрубок 9 для выгрузки готового продукта, лопастная мешалка 10, снабженная приводом 11, размещенным вне полости культивационной ванны 11, водяная рубашка 12, заземление 13 (средство снятия ионизации). Кроме того, на чертежах показаны смотровое стекло 14, смонтированное в крышке 2 и зачистной патрубок 15, смонтированный на дне 16 культивационной ванны 1, выполненном с наклоном к центральной его части, где размещены разгрузочный патрубок 9 и зачистной патрубок 15. Кроме того, на чертеже показаны опорные стойки 17 культивационной ванны 1.The drawing shows a cultivation bath 1 with cylindrical walls, equipped with a cover 2, from the first to the third technological - loading nozzles, 3-5, respectively, connected, respectively, to the source of the suspension 6, the source of liquid oil 7 and the source of seed 8, the technological discharge pipe 9 for unloading the finished product, a paddle mixer 10, equipped with a drive 11 located outside the cavity of the cultivation bath 11, a water jacket 12, grounding 13 (ionization removal means). In addition, the drawings show the sight glass 14 mounted in the lid 2 and the cleaning nozzle 15 mounted on the bottom 16 of the cultivation bath 1, made with an inclination to its central part, where the discharge nozzle 9 and the cleaning nozzle 15 are placed. In addition, in the drawing supporting posts 17 of the cultivation bath 1 are shown.

Целесообразно, чтобы биореактор был снабжен комплектом контрольно-измерительной аппаратуры обеспечивающим автоматическое поддержание стабильной температуры, дозирования компонентов суспензии и посевного материала (на чертежах не показаны) и т.п.. Для этого могут использоваться известные приборы сходного назначения, обеспечивающие возможность измерений в агрессивной среде - подогретой морской воде в смеси с продуктами жизнедеятельности культивируемых микроорганизмов. При этом, культивационная ванна и лопастная мешалка (по крайней мере) их поверхности работающие в контакте с суспензией выполнены из нержавеющей стали. Аналогичные требования предъявляются к источнику суспензии 6 и источнику посевного материала 8, выполненным в виде герметичных емкостей подключенных к соответствующим патрубкам биореактора и снабженных средствами приема соответствующих расходных материалов (на чертежах не показаны). При использовании чистых нефтепродуктов специальные требования к материалу, используемому в конструкции источника жидкого нефтепродукта 7 не устанавливаются. При использовании в качестве нефтепродуктов водотопливных смесей и/или замазученных вод, в качестве материала в конструкции источника жидкого нефтепродукта 7 используют нержавеющую сталь.It is advisable that the bioreactor be equipped with a set of control and measuring equipment that automatically maintains a stable temperature, dispensing suspension components and seed (not shown in the drawings), etc. For this purpose, well-known instruments of a similar purpose can be used, making it possible to measure in an aggressive environment - heated sea water mixed with the waste products of cultivated microorganisms. Moreover, the cultivation bath and paddle mixer (at least) their surfaces working in contact with the suspension are made of stainless steel. Similar requirements are imposed on the source of suspension 6 and the source of seed 8, made in the form of sealed containers connected to the corresponding nozzles of the bioreactor and equipped with means for receiving the corresponding consumables (not shown in the drawings). When using pure petroleum products, special requirements for the material used in the design of the source of liquid petroleum product 7 are not established. When using fuel oil mixtures and / or oil-contaminated water as oil products, stainless steel is used as the material in the design of the liquid oil product source 7.

Все патрубки подключенные к культивационной ванне ниже уровня загрузки суспензии снабжены приемными клапанами известной конструкции (на чертежах не показаны), исключающими потерю загружаемого материала.All nozzles connected to the cultivation bath below the suspension loading level are equipped with receiving valves of known design (not shown in the drawings), eliminating the loss of feed material.

Заявленное устройство работает следующим образом. В полость культивационной ванны 1 через патрубок 3, подключенный к источнику суспензии 6 заливают морскую воду заполняя порядка 70% ее объема (при этом, через смотровое стекло 14 ведут наблюдение за процессом, во избежание перелива). По окончанию заливки морской воды, начинают ее подогрев, для чего в полость водяной рубашки 12 подают теплоноситель - горячую воду (от подогревателя известной конструкции - на чертежах не показан). Когда вода подогревается до температуры 35°С температуру теплоносителя ограничивают температурой около 35°С, чтобы в полости культивационной ванны 1 температура была в пределах 18-35°С. При прогреве жидкости до названного предела, запускается система снятия ионизации (включается заземление культивационной ванны). Снятие ионизации позволяет повысить скорость наращивания биомассы, поскольку ионизация отрицательно влияет на рост и размножение цианобактерий, а также на продолжительность их жизни.The claimed device operates as follows. In the cavity of the cultivation bath 1 through the pipe 3 connected to the source of the suspension 6, sea water is poured filling about 70% of its volume (in this case, the process is monitored through the sight glass 14 to avoid overflow). At the end of the pouring of sea water, they start heating it, for which purpose a coolant - hot water (from a heater of a known design - not shown in the drawings) is supplied to the cavity of the water jacket 12. When the water is heated to a temperature of 35 ° C, the temperature of the coolant is limited to a temperature of about 35 ° C, so that in the cavity of the cultivation bath 1 the temperature is in the range 18-35 ° C. When the liquid is heated to the specified limit, the ionization removal system is launched (the grounding of the cultivation bath is turned on). Removing ionization can increase the rate of biomass growth, since ionization negatively affects the growth and reproduction of cyanobacteria, as well as their lifespan.

Затем в морскую воду (через патрубок 5, подключенный к источнику посевного материала 8) вводят посевной материал - цианобактерии Prochlorococus marinus. Объем посевного материала составляет 20-25% от рабочего объема культивационной ванны 1.Then, inoculum - cyanobacteria Prochlorococus marinus - is introduced into seawater (through pipe 5 connected to the seed source 8). The amount of seed is 20-25% of the working volume of the cultivation bath 1.

Включают в работу привод 11 лопастной мешалки 10, обеспечивающий равномерное распределение посевного материала по объему культивационной ванны 1, что позволяет повысить скорость наращивания биомассы. Далее мешалку включают периодически на 5-10 минут, через каждые 30-45 минут.The drive 11 of the paddle mixer 10 is included in the operation, providing a uniform distribution of seed over the volume of the cultivation bath 1, which allows to increase the rate of biomass growth. Then the mixer is switched on periodically for 5-10 minutes, every 30-45 minutes.

По истечении 3-4 часов в полость культивационной ванны 1 через патрубок 4, подключенный к источнику нефтепродукта 7 заливают жидкий нефтепродукт (3-5% от рабочего объема культивационной ванны 1).After 3-4 hours, the liquid oil is poured into the cavity of the cultivation bath 1 through the pipe 4 connected to the oil source 7 (3-5% of the working volume of the cultivation bath 1).

Вновь включают в работу привод 11 лопастной мешалки 10, обеспечивая тщательное перемешивание в течении 20-30 минут морской воды, нефтепродукта и культивированной биомассы. Далее мешалку включают периодически на 10-15 минут, через каждые 20-30 минут.Once again, the drive 11 of the paddle mixer 10 is put into operation, providing thorough mixing for 20-30 minutes of sea water, oil product and cultured biomass. Then the mixer is switched on periodically for 10-15 minutes, every 20-30 minutes.

Через сутки культивационную ванну 1 освобождают, перемещая материал из ее полости через технологический разгрузочный патрубок 9 в доводочную емкость (на чертежах не показана), где в течение 6-7 дней (в условиях периодического перемешивания) идет процесс дозревания биотоплива. По завершении названного процесса биотопливо готово к работе. При этом биотопливо представляет из себя биомассу бактерий, содержащую жидкостную примесь, включающую смесь свободного нефтепродукта с примесью суспензии. По своим рабочим характеристикам биотопливо пригодно для использования в качестве дизельного моторного топлива и котельного топлива для энергетических установок.After a day, the cultivation bath 1 is released by moving the material from its cavity through the technological discharge pipe 9 to a finishing tank (not shown in the drawings), where the biofuel ripening takes place for 6-7 days (under conditions of periodic mixing). At the end of the process, biofuel is ready to go. In this case, the biofuel is a biomass of bacteria containing a liquid impurity, including a mixture of free oil with an admixture of suspension. According to its performance characteristics, biofuel is suitable for use as diesel engine fuel and boiler fuel for power plants.

Claims

A bioreactor for the cultivation of microorganisms, containing a cultivation bath with cylindrical walls, equipped with a lid and technological nozzles for connecting a source of suspension, a source of seed, and draining the finished product, a paddle mixer equipped with a drive, and means for controlling the temperature in the cavity of the cultivation bath, characterized in that cultivation bath and paddle mixer are made of stainless steel, the source of the suspension is made as a means of supplying sea water, the source of sowing of the material is made with the possibility of supplying cyanobacteria Prochlorococus marinus, the temperature control means in the cavity of the cultivation bath is made in the form of a water jacket placed on the side walls of the cultivation bath, with the possibility of maintaining the temperature in its cavity up to 35 ° C, in addition, the cultivation bath is equipped with grounding, in addition, the upper part of the body of the cultivation bath is equipped with a fitting connected to a source of liquid oil, made with the possibility of dosing the supplied material.